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대기 중의 산소를 선택적으로 투과하며 수분 및 이산화탄소 기체의 투과를 억제하는 기능을 가지는 다공성 고분자의 시작 물질인 단분자가 포함된 전기방사용액을 전기방사하여 단일축으로 정렬된 구조 또는 그리드 형태로 정렬된 구조로 형성된 복수의 나노섬유; 및상기 복수의 나노섬유의 표면에서 상기 단분자를 성장시켜 형성되는 상기 다공성 고분자를 포함하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 단분자는 극성을 띄지 않는 탄소와 수소 원소로 이루어진 분자가 공유결합으로 연결된 것을 특징으로 하여 벤젠고리가 교차결합(crosslinking)되어 이루어진 구조를 통해 선택적 산소 투과 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 다공성 고분자는 단분자를 단위 구조로 하여 내재된(intrinsic) 기공을 갖고,상기 기공의 크기는 0
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제1항에 있어서,상기 다공성 고분자는 상기 복수의 나노섬유 각각이 포함하는 단분자들이 용매열(solvothermal) 공정을 통해 상기 복수의 나노섬유의 표면에 결착된 상태로 성장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 전기방사용액은 상기 단분자 및 고분자를 포함하고,상기 단분자의 중량비율은 총 방사액 대비 1 내지 5 중량 %의 농도 범위에 포함되고,상기 고분자의 중량비율은 총 방사액 대비 5 내지 20 중량 %의 농도 범위에 포함되고,상기 단분자 및 상기 고분자의 농도 비율에 따라 상기 복수의 나노섬유에서 단분자의 도포 밀도를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 복수의 나노섬유는 대기 중의 수분의 침투를 억제하기 위해 소수성의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 복수의 나노섬유의 직경은 50 nm 내지 5 μm의 범위에 포함되고,직경이 10 nm ~ 25 μm 범위에 포함되는 기공을 포함하고,기공률이 40 내지 90 %의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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제1항에 있어서,상기 나노섬유 멤브레인의 두께는 5 μm 내지 100μm 의 범위에 포함되고,상기 나노섬유 멤브레인의 면적은 1 cm2 ~ 900 cm2 의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인
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나노섬유 멤브레인의 제조방법에 있어서,(a) 단분자와 고분자가 혼합된 전기방사용액을 제조하는 단계;(b) 상기 전기방사용액에 대한 얼라이닝 전기방사를 통해 복수의 나노섬유를 합성하는 단계;(c) 상기 복수의 나노섬유를 다공성 고분자 합성 용액에 함침하여 용매열(solvothermal) 공정을 통해 상기 복수의 나노섬유가 포함하는 단분자를 다공성 고분자로 성장시키는 단계; 및(d) 상기 다공성 고분자가 성장된 상기 복수의 나노섬유를 건조하여 다공성 고분자가 기능화된 나노섬유 멤브레인을 제조하는 단계를 포함하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (b) 단계는,(b-1) 이중 절연 블록과 결합된 얼라이닝 전기방사를 통해 한쪽 방향으로 정렬된 나노섬유를 합성하는 단계;(b-2) 나노섬유가 정렬되는 집전체를 나노섬유의 정렬방향과 서로 수직이 되는 방향으로 이동시키는 단계;(b-3) 상기 집전체를 기설정된 각도로 회전시키는 단계; 및(b-4) 상기 (b-2) 단계 및 상기 (b-3) 단계를 기설정된 횟수만큼 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제10항에 있어서,상기 얼라이닝 전기방사를 위한 고전압 발생기는 1 내지 30 kV의 범위에 포함되는 전압을 인가하고, 상기 전기방사용액의 토출 속도는 5 내지 200 μl/분의 범위에 포함되고,상기 집전체의 회전 속도는 나노섬유의 정렬 방향 및 직경과 나노섬유들 간의 기공의 크기를 조절하기 위해 0
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제10항에 있어서,상기 단분자는 1,3,5-Triphenylbenzene, 1,2,3-Triphenylbenzene, 1,3,5-Tris(4-bromophenyl)benzene, 1,3,5-Tris(4-iodophenyl)benzene, 1,3,5-Tris(2-methylphenyl)benzene 중 선택된 하나 이상의 단분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 고분자는 폴리-ε-(카프로락톤)(Polycaprolactone, PCL), 키토산(Chitosan), 폴리아미드(polyamide), 폴리락트산(Poly-L-Lactic Acid, PLLA), 폴리락트산-글리콜산공중합체(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리안하이드리드(polyanhydrides), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리-N-이소프로필아크릴아마이드(Poly-N-isopropyl acrylamide), 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(Poly(vinylidene fluoride-co-hexa fluoropropylene), 퍼풀루오로폴리머(Perfluoropolymer), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride; PVC), 폴리비닐리덴 클로라이드(Polyvinylidene chloride; PVDC), 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르(Polyethyleneglycol dialkylether), 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터(Polyethyleneglycol dialkylester), 폴리(옥시메틸렌-올리고-옥시에틸렌)(Poly(oxymethylene-oligo-oxyethylene), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide;PPO), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate), 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트)(Poly(vinylpyrrolidone-vinylacetate), 폴리스티렌(Polystyrene; PS), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리아마이드(Polyamide), 폴리이미드(Polyimide), 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드)(Poly(meta-phenylene isophthalamide), 폴리설폰(Polysulfone), 폴리에테르케톤(Polyetherketone), 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리에스터(Polyester), 폴리테트라플루오로에틸렌(Poly(1,1,2,2-tetrafluoroethylene)), 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리우레탄(Polyurethane), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 전기방사용액에 포함되는 용매는 포름산(Formic acid), 아세트산(Acetic acid), 인산(Phosphoric acid), 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (b) 단계에서 상기 얼라이닝 전기방사의 공정 시간을 10 분 내지 24 시간의 범위로 조절하여 상기 나노섬유 멤브레인의 두께 및 기공률을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (c) 단계는,반응 용매의 끓는점으로 가열하여 기체의 유실 및 압력을 견딜 수 있는 반응계 내에서 진행되는 용매열 공정에서 상기 반응계 내의 압력과 온도를 조절하여 진행되는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 다공성 고분자 합성 용액은,1,3,5-Triphenylbenzene, 1,2,3-Triphenylbenzene, 1,3,5-Tris(4-bromophenyl)benzene, 1,3,5-Tris(4-iodophenyl)benzene, 1,3,5-Tris(2-methylphenyl)benzene 중 선택된 하나 이상의 단분자를 포함하고,디엘스올더(Diels alder) 반응을 촉진시키기 위한 루이스 산을 촉매로서 포함하고,다이클로로메테인(Dichloromethane) 및 클로로폼(Chloroform)을 포함하는 복합합성 용액을 용매로서 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (c) 단계는,상기 다공성 고분자 합성 용액이 포함하는 단분자의 몰비율을 용매 대비 0
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제9항에 있어서,상기 (c) 단계는,상기 용매열 공정의 시간을 10 분 내지 48 시간의 범위로 조절하고, 온도를 40 내지 60 ℃의 범위로 조절하여, 상기 복수의 나노섬유의 표면 위에 성장하는 상기 다공성 고분자의 사슬 길이, 두께 및 기공도 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (c) 단계는,상기 복수의 나노섬유와 지지체인 SUS 메시(mesh)를 위빙(weaving)하여 연결함에 따라 상기 나노섬유 멤브레인의 상기 용매열 공정중에서의 구조적 안정성을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제9항에 있어서,상기 (c) 단계는,(c-1) 상기 다공성 고분자가 성장된 상기 복수의 나노섬유를 용매로 워싱하여 부반응물 및 불순물을 씻어내는 단계를 포함하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제21항에 있어서,상기 (c-1) 단계에서,상기 워싱의 횟수는 3 내지 10번의 범위에 포함되고,상기 워싱에 사용되는 용매의 부피는 10 내지 500 mL의 범위에 포함되고,상기 워싱의 횟수 및 상기 용매의 부피 중 적어도 하나에 따라 불순물의 잔류량 및 반응하지 않고 남아있는 촉매와 단분자의 잔류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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제21항에 있어서,상기 워싱에 사용되는 용매는 n-부탄올(n-butanol), 아이소프로판올(isopropanol), n-프로판올(n-propanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol) 및 물(water) 중에서 선택되는 적어도 두 가지 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 멤브레인의 제조방법
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